Estudio y aplicaciones de un filtro magnético recto en una descarga arco de baja presión - Giuliani, Leandro Estanislao (2009)
Los equipos de descargas arco en vacío son una fuente de plasma atractiva para la producción de películas delgadas. En estos equipos se produce un intenso jet de plasma metálico formado por iones de relativamente alta energía que son producidos con mucha eficiencia en la superficie del cátodo. Sin embargo, estos arcos también producen macropartículas de material catódico derretido que son depositadas en los sustratos. La presencia de estas macropartículas aumenta la porosidad y rugosidad de los recubrimientos afectando las propiedades de los films. Se han desarrollado varios sistemas de filtrado para separar las macropartículas del plasma, pero el filtrado magnético es el más empleado en la actualidad. Este tipo de filtro consiste en un tubo con un campo magnético axial que transporta el plasma a lo largo del mismo. En este trabajo se presenta un estudio del plasma generado mediante una descarga arco pulsada en vacío en un filtro magnético recto y de los recubrimientos obtenidos con este equipo. El estudio del plasma involucró mediciones con sondas electrostáticas y analizadores por campo retardador. Los resultados obtenidos para la energía cinética de los iones son similares a los hallados por otros autores, pero también se encontró que la energía era independiente de la intensidad del campo magnético dentro del rango estudiado en este trabajo. La temperatura electrónica también resultó independiente del campo magnético y de la posición a lo largo del filtro, indicando la ausencia de colisiones. Se realizaron mediciones de corriente iónica de saturación y de potencial flotante en diferentes posiciones axiales y radiales dentro del filtro para distintas intensidades del campo magnético, y se desarrolló un modelo teórico para entender la dinámica de la entrada de plasma y su transporte a lo largo del filtro. Un análisis de los resultados experimentales realizado con el modelo teórico mostró que, en este dispositivo, a medida que la intensidad del campo magnético aumenta a lo largo del filtro, el movimiento del plasma evoluciona de una compresión radial con baja velocidad de rotación a un jet rotante guiado a lo largo del tubo. El estudio de los recubrimientos se realizó con cátodos de Cu, Ni, Ti, Zr y Mo, e involucró técnicas de microscopía así como difracción y reflectometría de rayos x. se encontró que los films crecen nanoestructurados, con granos columnares y espesores de alrededor de 10 nm por descarga. La presencia de macropartículas en los recubrimientos también fue estudiada y se encontró que el número y tamaño de las mismas variaba con el punto de fusión del material del film. A la entrada del filtro, el campo magnético axial produce una reducción considerable del número de partículas normalizado con la corriente iónica colectada. Sin embargo, no se observó más reducción en los films obtenidos a la salida del filtro, indicando que el flujo de macropartículas no es apreciablemente reducido a lo largo del tubo.